Решения для современных осветительных установок

Электроника, электрика / Не разобранное - электрика
Alexsandrs
2 118
25-09-2015, 14:59
0

Сегодня освещение нам необходимо везде, мы освещаем свое жилье, используем освещение для офиса, осуществляем подсветку витрин, концертное освещение передает настроение, наружное освещение архитектурных сооружений подчеркивает их величие, освещение улиц делает наши города сверкающими. Для реализации функции освещения применяют различные методы и технологии. Компания International Rectifier предлагает разработчикам пять путей решения схем управления для освещения — управление: компактными флуоресцентными лампами, трубчатыми флуоресцентными лампами, галогенными лампами, лампами ввысокой интенсивности свечения и схемы управления для супер ярких диодов.

Для освещения жилого помещения обычно используют компактные флуоресцентные лампы которые сегодня призваны заменить обычные лампы накаливания, уменьшить затраты электроэнергии и сократить габаритный конструктив. Освещая большие площади офисных и промышленных помещений, чаще применяют трубчатые люминесцентные лампы. Для освещения витрин торговых помещений и когда необходимо создать направленный световой поток различного цвета используют галогенные лампы. В качестве освещения улиц и больших площадей используют лампы с высоко интенсивным свечением (натриевые, ртутные). Для создания приложений с низким потреблением мощности для систем резервного освещения используют светодиоды повышенной яркости свечения. В таблице приведены достоинства перечисленных технологий освещения для их сравнения.

{banner_rca-news-1-1}

Управление данными типами ламп имеет различные электрические особенности и каждое решение имеет свою схему для контроля.

КОМПАКТНЫЕ ЛАМПЫ

Компактная флуоресцентная лампа состоит из трубчатой лампы малого диаметра, заключенную в спиралевидную форму, плата управления находится в основании из поликарбоната, для сохранения совместимости с лампами накаливания применяется цоколь с резьбой под патрон. Лампа состоит из стеклянной трубки, внутри наполненной инертным газом (аргон). Для испускания электронов применяют нити накала покрытые бором и установленные в каждом конце трубки. Поскольку электроны проходят вдоль трубки от одной нити к другой они сталкиваются на своем пути с атомами газа. При столкновении атомы испускают ультрафиолетовый свет который, преобразуется в видимый, при прохождении через люминесцентное покрытие на внутренней стороне трубки. Чем выше число столкновений, тем выше яркость лампы. На рис. 1 представлена диаграмма поджи-га лампы.

Спиралевидные лампы более популярные потому что свет излучаемый лампой равномерно распространяется по всей лампе обеспечивая большую яркость, чем другие типы и формы ламп. Рабочий цикл для включения флуорис-центной лампы состоит из трех этапов — предварительный подогрев нитей катода, режим поджиг и режим запуск, данные пункты необходимо выполнять в строгой последовательности. Во время режима подогрева и предварительного поджига выходной каскад представляет собой последовательное соединение индуктивности и емкости. Представляющие колебательный контур с высокой добротностью и с быстрым характером изменения фазы от +90 до -90 градусов в районе резонансной частоты. Для рабочих частот, лежащих выше частоты резонанса, фаза зафиксирована на уровне -90 градусов. В режиме подогрева нити накала лампы должны разогреться до нужной температуры эмиссии, что позволяет обеспечить большой срок службы лампы за счет перестройки частоты с последовательным уменьшением. Для поджига лампы частотный режим работы лампы уменьшается и проходит через резонансную частоту работы фильтра, в это время повышение напряжение на лампе вызывает ее зажигание. После того как лампа засветилась, происходит уменьшение рабочей частоты пока номинальная мощность лампы не будет достигнута см. рис. 1.

Рис.1. Диаграмма работы компактной лампы

Напряжение при котором лампа переходит в режим старта находится в пределах от 50В до 150В, и может изменяться от типа лампы и ее мощности, рабочая частота лампы обычно составляет около 50кГц. Схема управления производит выпрямление сетевого напряжения для подачи к лампе выпрямленного постоянного напряжения с амплитудой в несколько сотен вольт. Система управления генерирует высокочастотные импульсы прямоугольной формы и состоит из высоковольтной интегральной схемы и транзисторов собранных в полумост. Прямоугольный сигнал высокой амплитуды подается на лампу через LC фильтр.

{banner_rca-news-1-2}

На рис. 2 представлена схема управления электронным балластом компактной лампой небольшой мощности на базе ИС IR2520D обеспечивающая разработчиков всеми необходимыми функциями как для включения лампы так и для ее защиты. ИС выпускается в 8-вы-водных корпусах и реализует квазирезонансный адаптивный ZVS режим переключения транзисторов, который минимизирует потери в ключах обеспечивая максимальный КПД и срок службы вне зависимости от допусков на компоненты и лампу при различных колебаниях сетевого напряжения. В ИС IR2520D производится контроль пик-фактора и реализуется защита от перегрузки по току. Помимо этого ИС имеет встроенный бутстрепный диод, что позволяет минимизировать количество внешних элементов по сравнению с аналогами или схем собранных на биполярных транзисторах.

Рис.2. Схема управления компактной лампой

ТРУБЧАТЫЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ

Трубчатые флуоресцентные лампы имеют те же самые электрические особенности, что и компактные лампы, но схема контроля должна обеспечивать дополнительные требования защиты. Блок схема управления трубчатой люминесцентной лампой представлена на рис. 3. Схема включает, фильтр защиты от EMI помех, выпрямительный мост, корректор коэффициента мощности, управляемый полумост состоящий из полевых транзисторов и драйвера обеспечивающий задержку при переключении для исключения появления сквозного тока в полумосте, выходной фильтр позволяющий работать в резонансном режиме сопряженный с лампой. Кроме того схема должна обеспечивать различные защиты лампы и защиту всех элементов балласта в случае аварийного режима. Балласт также должен обеспечивать продолжительную работу лампы и иметь защиту против старения. Различие между схемами управления трубчатых люминесцентных ламп и компактных ламп состоит в наличии ККМ. Для производителей балластов в Европе согласно международному соглашению о передаче электроэнергии, необходимо устанавливать ККМ в балласт мощностью более 25Вт, на сегодняшний день такой тип балластов наиболее популярен. Кроме того, что ККМ позволяет обеспечивать синусоидальную форму тока на входе, он также обеспечивает постоянное напряжение на выходе балласта, при изменении напряжения в сети в широких пределах от 95В до 265В. Это позволяет балласту не отключать лампу во время изменения входного напряжения, а продолжать работу если даже напряжение в сети изменяется. Также для балластов работающих по такой схеме довольно просто применять различные типы ламп или конфигурацию ламп (параллельное, последовательное, смешанное соединения) при этом оставляя неизменной топологию печатной платы.

На рис. 3 представленная блок схема выполнена на ИС IR2167 обеспечивающая управление 600В балластом со всеми необходимыми защитами, а также для управления всеми типами флуоресцентных ламп. Схема ККМ работает в режиме критической проводимости и обеспечивает высокий коэффициент мощности около 0.998, малые гармонические искажения и регулировку шины постоянного тока. ИС IR2167 выполняет функции программирования параметров предварительно разогрева (частота, время), программирования наклона характеристики зажигания, а также рабочей частоты, что обеспечивает высокий уровень гибкости инженерам при проектирования балластов. Основной частью данной ИС является генератор с внешней регулировкой и программированием времени паузы. Сигнал меандра получается с высокой точностью за счет применения в ИС Т-триггера.

Рис.3. Блок схема управления трубчатой люминесцентной лампой

Рис.4. Схема управления галогенными лампами

ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ

Галогенная лампа использует в качестве элемента излучающего светвольфрамовую нить, заключенную в жаро прочный кожух. Подобно лампам накаливания электрический ток заставляет вольфрамовую нить нагреваться до температуры около 2500 °C, нить став белого цвета излучает видимый свет. Как галогенные, так и лампы накаливания оба типа ламп используют высокую температуру для высвобождения атомов. Однако размеры галогенной лампы значительно меньше, чем ламп накаливания, для препятствия расплавления корпуса применяется кожух сделанный из кварца. Корпус лампы наполнен галогенным газом. Этот газ имеет интересное свойство при объединении с вольфрамовым паром. Если температура пара будет достаточно высока, то газ галогена, объединяясь с атомами вольфрама (так как они испаряются), повторно наносит их на нить накала. Этот процесс рециркуляции позволяет обеспечить нити накала галогенной лампы продолжительный срок службы, чем у лампы накаливания. Кроме того из-за интенсивного накала нити, лампа обеспечивает более яркое свечение, вот почему лампы нашли свое применение для подсветки различных предметов.

{banner_rca-news-1-3}

Для питания галогенной лампы ненужно высокое напряжение, рабочее напряжение лампы составляет от 11.2В до 11.7В. Схемы управления галогенными лампами известны под названием «схема электронного трансформатора». Схема понижает входное напряжение до необходимого рабочего диапазона, обеспечивает гальваническую изоляцию и учитывает особенности работы. Кроме того схема позволяет собирать лампы в группы в зависимости от желаемого эффекта освещения и осуществлять регулировку яркости. Для обеспечения безопасной работы пользователя с галогенными лампами обеспечивается гальваническая изоляция выхода управления лампами с помощью трансформатора. Схема также обеспечивает защиту в случае обрыва цепи, а также защиту от перегрузки в случае если нагрузили выход схемы управления слишком большим числом ламп.

Для реализации функции управления электронным трансформаторам и для питания низковольтных галогенных ламп, компания International Rectifier специально разработала и производит ИС IR2161. На рисунке 4 представлена схема для управления галогенной лампой. Все необходимое для питания ИС, управления и защиты трансформатора удалось упаковать в малогабаритный 8-выводной корпус, упростив схему и повысив надежность. Новая ИС способна адаптироваться к изменению напряжения сети и режимам работы лампы, делая возможным реализацию нового поколения высоконадежных электронных трансформаторов. Адаптивное управление паузой на переключение является ключевой особенностью IR2161, повышающей надежность работы электронного трансформатора за счет непрерывного контроля мягкого режима переключения.

ЛАМПЫ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕЧЕНИЯ

Лампы с высокой интенсивностью свечения содержат в себе пары ртути или натрия и обычно используются для уличного освещения. Популярность этих ламп обеспечивается высоким КПД и яркостью свечения. В случае использования натриевого газа их КПД можно сравнить с обычными флуоресцентными лампами. Природа ртутных ламп схожа с флуоресцентными лампами, но яркость обеспечивается непосредственно без специального фосфорного покрытия стенок лампы.

Для поджига лампы необходимо обеспечить напряжение от 3 кВ до 20кВ в зависимости от типа лампы. Кроме того лампы имеют рабочие напряжение от 100 до 200В, и низкую частоту управления от 100 Гц до 200 Гц чтобы избежать повреждение габаритного корпуса лампы от акустического резонанса. Блок схема приведенная на рисунке 5 иллюстрирует схему управления натриевыми лампами и включает: EMI фильтр, управляемый транзисторный мост, корректор коэффициента мощности, схему контроля тока в лампе, схему поджига лампы, высоковольтные драйверы IRS2153D для управления мостом. Схемы выполненные с использованием драйвера IRS2153D обеспечивают жесткий допуск на частоту, микромощный старт, не требует жестких допусков на параметры компонентов обвязки при серийном производстве, четкий режим подогрева и защиту без защелки.

Рис.5. Блок схема управления натриевыми лампами

Рис.6. Схема блока питания светодиодов

СУПЕРЯРКИЕ СВЕТОДИОДЫ

В связи с появлением новых разработок в области ярких светодиодов, стали более популярными источники освещения с использованием светодио-дов. Применение светодиодов в качестве источника света всегда привлекало разработчиков из-за их большого времени наработки на отказ, низкого значения потребляемой мощности. Высокая яркость достигнутая современными производителям светодиодов во многих цветовых гаммах, позволило пользоваться данной технологией и для освещения помещений, резервное освещение, уличные светофоры и т.д.

Кроме высокой световой отдачи, малого энергопотребления и возможности получения любого цвета излучения, светодиоды обладают целым рядом других замечательных свойств. Отсутствие нити накала благодаря нетепловой природе излучения светодиодов определяет большой срок службы. Производители светодиодов декларируют срок службы до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы, — срок, сравнимый с жизненным циклом многих осветительных установок. Отсутствие стеклянной колбы гарантирует высокую механическую прочность и надежность. Малое тепловыделение и низкое питающее напряжение гарантируют высокий уровень безопасности, а без инерционность делает светодиоды незаменимыми, когда нужно высокое быстродействие (например, для стоп-сигналов). Сверх миниатюрность и встроенное свето распределение определяют другие не менее важные достоинства. Световые приборы на основе светодиодов оказываются неожиданно компактными, плоскими и удобными в установке. Схема неизолированного источника тока питающего последовательно соединенные светодиоды представлена на рис. 6.

В схеме используется высокая частота коммутации для уменьшения размера дросселя. Поскольку каждый све-тодиод имеет собственное падение напряжения, число светодиодов включенных последовательно ограничено номиналом входного напряжения. Для управления полевым транзистором применяется высоковольтный драйвер обеспечивающий согласование сигнала управления схемы контроля с сигналом управления транзистора.

Система управления контролируя ток текущий через не индуктивный шунт обеспечивает регулирование тока на заданном уровне. С помощью входа «ROSC» можно осуществлять регулирование яркостью светодиодов.

Источник: https://integral.rv.ua/

Обсудить на форуме